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填补缝隙:底部填充返工
录入时间:2019/1/21 17:00:46

作者:Bob WettermannBEST INC

在包括GPS、手机和计算机在内的消费电子产品里,球栅阵列(BGA)、芯片级封装(CSP)、倒装芯片,以及在手持设备中的其他元件封装,都非常常见。除此之外,这些元器件还用在高端手持设备中,例如军用的通信设备或太空数据采集设备。鉴于无铅焊锡和封装材料的搬运和易碎性,这些手持设备在跌落或撞击时利用底部填充材料免于机械冲击及影响。这些元件封装的底部填充材料在封装和PCB之间作为缓冲层,是增加这些互相连接的可靠性的一种方法。图1是在底部填充之前的封装,图2是把底部填充材料移除后的封装。

底部填充材料是一种用来填充电子元件和PCB之间的缝隙和密封封装下面的焊点的聚合材料。这种材料通过分散冲击力来降低机械冲击的影响,提高元件的可靠性。此外,它还分散了由元件和PCB之间的热膨胀系数不匹配而引起的热应力。在一般情况下,由于底部填充材料的玻璃转换温度(Tg)高、模量(E)大,其热膨胀系数(CTE)要和焊锡相匹配。底部填充材料是“缓冲器”,把应力比较均匀地分散给焊点,从而提高焊料互相连接的可靠性。

尽管从理论上讲底部填充元件是可返工的,但在实践中返工底部填充元件是个难题,处理起来非常麻烦,返工的成功率很低。可返工的底部填充材料的含义是这些材料可以在低温下热分解,然后在不干扰焊点或者破坏基板或相邻元件的情况下,使用各种溶剂或化学材料把底部填充材料清除掉。虽然在市场上销售的材料可能标明是可返工的,但还有很多返工工艺上的难题需要解决。

返工这些底部填充元件会给返工技师带来许多困难。他们面临的最大的一个问题就是底部填充材料的软化点比焊锡的液相温度低。在实际操作中,这意味着在PCB上的某个位置返工元器件时,其相邻的或镜像的底部填充元器件可能会到达软化点并变得可塑化。一旦出现这种情况,在底部填充的元件下面的底部填充材料会出现横向压力。在靠近底部填充元器件的焊锡温度达到回流温度时,就会出问题。这种力作用在回流的焊锡上,会使焊锡从它所在的位置喷射出来,把焊锡推到相邻的非正常的焊接位置上。这种现象会造成焊锡短路。

返工底部填充元件的第二个难题是在底部填充的电路板和元件之间形成的结合点的粘性和粘合强度。这种粘合力在返工工艺中会引起几个实际的工艺难题。首先是把底部填充元器件从电路板上移走所需要的力。因为底部填充材料把元件紧紧地固定在电路板上,所以返工系统上的吸嘴吸起被返工元件的力不够大时,就无法把元件从电路板上吸起来。这意味着在达到焊锡的液相温度之后,必须施加一个扭转和撬动元件的力。这些力非常大,可能会损坏相邻的元器件,阻焊膜可能会从元件或电路板上脱落,甚至会在返工过程中影响附近的元器件。此外,在最终把元器件从电路板上移出来时,可能需要把底部填充材料从电路板的表面和元器件的底部刮掉。这要用横向力和加热来完成,这两种方法都可能会把阻焊膜刮掉或者升高焊盘。在清洗PCB上返工器件位置残留的底部填充材料时,还可能会刮掉阻焊膜、升高焊盘或损坏相邻的元器件。

返工底部填充元器件的第三个难题是,尽管针对某种类型的底部填充材料可以用某种办法或溶剂来应对,但由于电路板在不断地改变,同样的材料组合工艺对另一种电路板可能就不起作用。新一代封装材料和技术需要全新的底部填充材料,能够和新的焊接合金、阻焊膜、更窄的间距和更薄的基板材料一起使用。这将使返工底部填充的元件面临挑战。

在考虑是否要返工底部填充的元件时,返工技师需要考虑各种各样的因素。但是,如果没有完全掌握这些底部填充元件的特点,针对特定的电路板材料、底部填充材料和电路板设计开发出不同的工艺,返工的成功率将非常低,除非你在设计电路板时就把返工能力纳入考虑。

作者简介:Bob WettermannBEST公司的负责人,该公司的合同返工与维修工厂设在芝加哥。


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